Происхождение подземных вод. Образование подземных вод.
В зависимости от происхождения подземных вод выделяются:
- 1) инфильтрационные,
- 2) конденсационные,
- 3) седиментогенные,
- 4) «ювенильные» (или магмогенные),
- 5) искусственные,
- 6) метаморфогенные.
1. Происхождение подземных вод — Инфильтрационная теория.
Происхождение инфильтрационных подземных вод связано с просачиванием (инфильтрацией) в грунт атмосферных осадков и воды из рек, озер, болот и т.п. Просочившаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается, насыщая пористые и пористо-трещинноватые породы. Так образуются водоносные слои или горизонты подземных вод. Наглядно этот способ происхождения подземных вод можно пронаблюдать при помощи колодцев, уровень воды в которых в дождливую погоду становится ощутимо выше и меняется по химическому составу.
Происхождение подземных вод способом инфильтрации является одним из основных источников пополнения запасов подземных вод.
Количество просачивающейся воды зависит от многих факторов:
- количества осадков – причем долгий моросящий дождь больше способствует образованию подземных вод, нежели обильный, но недолговременный ливень.
- рельефа местности – по крутым склонам выпавшая в виде осадков вода быстро стекает в ближайший водоем, на равнинах же и во впадинах вода задерживается и постепенно просачивается в грунт.
- наличия растительного покрова – лес или обильная растительность задерживают поверхностный сток воды, препятствуют испарению и способствуют просачиванию в грунт влаги и тем самым происхождению подземных вод.
2. Происхождение подземных вод — Конденсационная теория.
Происхождение подземных вод по конденсационной теории объясняет наличие подземных вод в районах Земли, где атмосферных осадков выпадает очень мало. Люди давным-давно заметили, что в пустынях повсеместно на определенной глубине встречается слой влажного грунта или скопления подземной воды.
За объяснение этого феномена взялись ученые.
Конденсационная теория происхождения подземных вод О.Фольгера.
В 1877 г. немецкий гидролог О. Фольгер выступил с конденсационной теорией происхождения подземных вод. По его представлениям, теплый воздух, содержащий водяные пары, проникая в более холодные горные породы, отдает им часть влаги путем конденсации. Автор считал свою теорию универсальной и отрицал возможность накопления подземных вод в результате инфильтрации атмосферных осадков – «ни одна капля воды не происходит за счет капель дождевой воды».
Выдвинутая Фольгером теория не была подтверждена экспериментальными данными и совершенно не вязалась с представлениями о скорости воздухообмена между атмосферой и верхними необводненными слоями литосферы, что вызвало резкие возражения против нее.
Конденсационная теория происхождения подземных вод А.Ф.Лебедева.
Конденсационная теория происхождения подземных вод была возрождена на совершенно новой основе русским исследователем агрономом А.Ф. Лебедевым, который выполнил блестящие эксперименты, связанные с вопросом о влажности пород и перемещения влаги в различных состояниях.
A.Ф. Лебедев установил, что между атмосферой и литосферой существует известное равновесие в водном режиме. Вода в виде пара находится в свободной атмосфере, а также в воздухе, который заполняет пустоты и поры в почве и горных породах. Водяной пар может перемещаться в пространстве от места к месту вследствие различной упругости. Перемещение пара происходит в направлении от мест, где он обладает большей упругостью, к местам с меньшей упругостью. В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли. Попадая в области низких температур, свойственных почве и горным породам, водяной пар начинает конденсироваться (сгущаться) и переходить в жидкое состояние, подобно тому, как образуется роса при резкой смене температур дня и ночи. Так может накопиться некоторое количество воды в породах, что имеет большое значение для засушливых и пустынных районов. Наряду с конденсацией водяных паров А.Ф. Лебедев всегда отводил большую роль и процессам инфильтрации в происхождении подземной воды.
Происхождением подземной воды конденсационным путем можно объяснить то явление, что во многих случаях, несмотря на отсутствие дождей в течение длительного периода, посевы не гибнут. В это время почва с поверхности сильно иссушается, но растения получают влагу, накопившуюся конденсационным путем в более глубоких горизонтах, что и способствует сохранению их.
Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.
Происхождение подземной воды путем конденсации происходит и в других климатических зонах – умеренных и влажных, но в смысле пополнения запасов подземных вод она имеет подчиненное значение в сравнении с инфильтрацией осадков.
Оба способа образования подземных вод – путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах – главные пути происхождения подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды иногда называются вандозными водами (от лат. «vadare» – идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
3. Происхождение подземных вод — Седиментогенные подземные воды (лат. sedimentum – осадок).
Седиментогенные воды представляют собой высокоминерализованные (соленые) воды в глубоких слоях осадочных пород. Седиментогенные воды нередко называют «погребенными», или реликтовыми (лат. «реликтуc» — остаточный).
Происхождение данного вида подземных вод связано с накоплением осадочных пород на дне морей и океанов, захоронивших морскую воду, которой были пропитаны илистые донные отложения. Со временем эти воды под влиянием высоких температур и давления претерпевают значительные изменения. Благоприятные условия для формирования седиментогенных подземных вод создаются на большой глубине (несколько километров) при захоронении их мощными водонепроницаемыми или слабо проницаемыми слоями.
По происхождению седиментогенные подземные воды различаются на:
— сингенетические подземные воды – образование этих вод произошло одновременно с морским осадконакоплением.
— эпигенетические подземные воды (греч. «эпи»-на, после) – происхождение подземных вод связано с проникновением вод морских бассейнов в ранее сформированные породы, также в последующем захороненные новыми отложениями.
— перемещенные подземные воды – седиментогенные воды, под влиянием давления и температуры выжатые из иловых морских осадков наверх в водопроницаемые и другие слои.
В ходе геологического развития под влиянием различных факторов седиментогенные воды претерпевают значительные изменения. Иногда происходит смешение их с водами других генетических типов, или даже полное вытеснение их инфильтрационными водами.
4. Происхождение подземных вод — Ювенильные» (девственные) подземные воды.
В районах земного шара, где наблюдается вулканическая активность (или наблюдалась в недавнем прошлом) обнаружены подземные воды, обладающие повышенной температурой и имеющие необычный химический состав, отличающийся значительной концентрацией солей и летучих компонентов.
Происхождение подобных подземных вод объяснил в 1902 году австрийский геолог Э. Зюсс. По теории Зюсса, названной «ювенильной» (лат. «ювенилис» — юный), из газообразных веществ, выделяющихся при остывании магмы, образуется водяной пар. Последний, в свою очередь, попадая в области с более низкой температурой, конденсируется в капли воды, образуя особый тип подземной воды.
В общем объеме подземных вод нашей планеты ювенильные подземные воды занимают лишь небольшую часть. К тому же, они почти не встречаются в чистом виде. Поднимаясь на поверхность из глубинных слоев земли, они смешиваются с другими типами подземных вод.
5. Искусственное происхождение подземных вод.
Грунтовые воды могут образовываться за счет искусственных гидротехнических сооружений например таких, как оросительные каналы. Так, при строительстве Каракумской оросительной системы за счет переброса части стока сибирских рек, в пустынной части значительное количество воды уходило не столько на поливные нужды, сколько на испарение и в грунт. Произошло это вследствие того, что большая часть оросительной системы проходила по песчаным почвам, где коэффициент фильтрации достаточно высок, и, несмотря на противофильтрационные меры, падения уровней воды за счет фильтрации воды в грунт были велики. Все это, помимо уменьшения стока рек, приводило к тому, что содержащиеся в грунте соли растворялись грунтовыми водами, и при движении подводных потоков обратно в канал происходило его засоление и загрязнение илом.
6. Метаморфогенные подземные воды (возрожденные, или дегидратационные)
Происхождение подземных вод данного типа связано с метаморфизмом минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду или газово-жидкие включения. Под влиянием температуры и давления происходят процессы дегидратации (отщепления воды от молекул химических соединений). Если они протекают длительно, то приводят к образованию капельножидкой воды, вступающей в общий геологический круговорот подземных вод.